Optimizing vernacular courtyard houses for passive cooling: a study on natural ventilation and energy efficiency

Vernacular courtyard houses in warm climates provide valuable insights into passive cooling strategies through their design and natural ventilation techniques. This study explores the optimization of these traditional forms by analyzing the impact of different courtyard geometries and ventilation mechanisms on occupant comfort. The findings offer insights on how traditional design strategies can be effectively adapted for modern sustainable architecture. A series of parametric simulations were conducted using Airflow Network (AFN) and Computational Fluid Dynamics (CFD) models within the Ladybug Tools/Grasshopper environment. The analysis was divided into four steps: examining the effects of natural ventilation schedules, different courtyard plan ratios and orientations, increased building heights, and the integration of ivan (Persian veranda). Key performance parameters included thermal comfort, daylight availability, airflow patterns and velocity, as well as solar radiation on courtyard surfaces. Findings suggest that while courtyard geometry such as plan ratio influences outdoor comfort, its impact on indoor thermal performance is less pronounced for courtyards with the same surface area. However, building orientation and the integration of ivan proved to be effective in enhancing thermal comfort by reducing direct solar radiation and moderating indoor temperatures. The results highlight the potential of combining vernacular design strategies with modern simulation tools to develop sustainable buildings for warm climates.

Le case a corte vernacolari nei climi caldi offrono preziosi spunti sulle strategie di raffrescamento passivo grazie al loro design e alle tecniche di ventilazione naturale. Questo studio esplora l'ottimizzazione di queste forme tradizionali analizzando l'impatto di diverse geometrie di cortili e meccanismi di ventilazione sul comfort degli occupanti. I risultati forniscono indicazioni su come le strategie progettuali tradizionali possano essere efficacemente adattate all'architettura sostenibile moderna. Una serie di simulazioni parametriche è stata condotta utilizzando i modelli Airflow Network (AFN) e Computational Fluid Dynamics (CFD) all'interno dell'ambiente Ladybug Tools/Grasshopper. L'analisi è stata suddivisa in quattro fasi: l'esame degli effetti dei programmi di ventilazione naturale, l'analisi di diversi rapporti di corte e orientamenti, l'aumento dell'altezza dell'edificio e l'integrazione dell'ivan (veranda persiana). I parametri di prestazione principali includevano il comfort termico, la disponibilità di luce naturale, i modelli di flusso d'aria e la velocità, nonché la radiazione solare sulle superfici del cortile. I risultati suggeriscono che, sebbene la geometria del cortile, come il rapporto di forma, influenzi il comfort esterno, il suo impatto sulle prestazioni termiche interne è meno evidente per cortili con la stessa superficie. Tuttavia, l'orientamento dell'edificio e l'integrazione dell'ivan si sono rivelati efficaci nel migliorare il comfort termico, riducendo la radiazione solare diretta e moderando le temperature interne. I risultati evidenziano il potenziale della combinazione tra strategie progettuali vernacolari e strumenti di simulazione moderni per sviluppare edifici sostenibili nei climi caldi.